淺析瀝青路面的車轍病害及預(yù)防

劉 鵬

(齊魯交通發(fā)展集團(tuán)有限公司，山東 濟(jì)南 250014)

0 引言

由于重載交通和夏季高溫天氣的影響，瀝青路面的車轍問題越來越突出，成為瀝青路面的主要病害形式之一。其宏觀表現(xiàn)為瀝青路面輪跡帶范圍的下凹以及輪跡帶邊緣的隆起。究其原因，主要是瀝青混合料在高溫環(huán)境下抵抗變形能力不足，在重載交通的重復(fù)作用下，變形逐漸累積，最終導(dǎo)致病害產(chǎn)生。這種病害不僅造成路面結(jié)構(gòu)的破壞，降低路面承載力，而且嚴(yán)重影響行車舒適性，并存在車輛側(cè)翻的風(fēng)險?；谝陨戏治觯C合分析路面車轍的發(fā)生發(fā)展因素，總結(jié)處置及預(yù)防措施，是目前亟待解決的關(guān)鍵問題。

1 瀝青路面車轍分類

瀝青路面的車轍可分為四類：壓密型、磨耗型、流動型和結(jié)構(gòu)型[1]。

1.1 壓密型車轍

壓密型車轍的產(chǎn)生主要是由于在路面施工階段壓實工作不良，而開放交通以后由于大量車輛荷載的重復(fù)作用，輪跡帶周圍的瀝青混合料受碾壓而進(jìn)一步密實，從而形成車轍[2]。

1.2 磨耗型車轍

磨耗型車轍是在交通車輛輪胎磨耗和環(huán)境條件的綜合作用下，路面磨損，面層內(nèi)集料顆粒逐漸脫落形成的車轍。此類型車轍的產(chǎn)生主要是由于集料質(zhì)地較軟，從而導(dǎo)致混合料抗磨耗性能不足。磨耗型車轍在我國路面的各種車轍中所占比例較小多不考慮[3]。

1.3 流動型車轍

流動型車轍是在高溫條件下，瀝青的粘度降低流動性增強(qiáng)，在受到汽車荷載的重復(fù)碾壓作用時，瀝青混合料的穩(wěn)定性應(yīng)力難以支撐車輛荷載產(chǎn)生的應(yīng)力，使得瀝青混凝土產(chǎn)生側(cè)向流動變形[4]。

1.4 結(jié)構(gòu)型車轍

結(jié)構(gòu)型車轍主要是由于路面整體結(jié)構(gòu)的抗剪強(qiáng)度低于車輛荷載在路面結(jié)構(gòu)中形成的剪應(yīng)力，從而使得路面結(jié)構(gòu)層產(chǎn)生剪切變形破壞。結(jié)構(gòu)型車轍相比于其他車轍寬度大，有著典型的“凹”型斷面，轍槽兩側(cè)沒有明顯的隆起[5，6]。

2 瀝青路面車轍形成因素

瀝青路面產(chǎn)生車轍主要是由內(nèi)因、外因及施工不規(guī)范三個原因造成。內(nèi)因是指瀝青混合料組成原料的質(zhì)量，外因則是氣候和車輛交通條件，施工不規(guī)范主要指拌合過程中集料組成及其施工工藝和質(zhì)量對路面車轍的影響[7]。

2.1 內(nèi)部因素

導(dǎo)致車轍產(chǎn)生的內(nèi)部因素主要是瀝青混合料的粘結(jié)力和內(nèi)摩擦角[7]。

1)瀝青類型。

影響瀝青混合料剪切變形大小的因素主要是瀝青混合料的粘聚力和內(nèi)摩阻力，而瀝青混合料的粘聚力則是由瀝青的粘度、用量以及與礦料的相互作用來決定的。瀝青的粘性越大，則瀝青混合料的粘聚力越高，從而使得混合料具有更高的抗剪強(qiáng)度[8]。

2)瀝青用量。

瀝青的用量對瀝青混合料的粘度有著很大的影響，瀝青用量越大，集料表面的瀝青膜也就越厚，集料顆粒之間的粘聚力就越小[9]。馬歇爾試驗指標(biāo)是確定最佳瀝青用量的主要方法，但是也要綜合考慮氣候條件、交通類型，公路等級等因素的影響。

3)礦料級配，顆粒形狀及表面特征。

瀝青混合料的作用力主要是由礦料級配的優(yōu)劣、顆粒形狀的大小及表面特性、瀝青用量等因素確定的。為使瀝青混合料具有足夠的抗剪切變形的能力，采用最佳的瀝青用量是最基本的條件，同時采用表面潔凈干燥、顆粒形狀粗糙且不均勻、壓碎值小的礦料也是非常關(guān)鍵的因素[8]。

2.2 外部因素

1)渠化交通。

現(xiàn)代城市道路中渠化交通是重要的交通組織形式，但是由此導(dǎo)致的瀝青路面車轍問題也越來越嚴(yán)重。顧培紅等首先選出渠化交通和混合交通兩條不同交通組織形式的道路，然后在相同的位置進(jìn)行觀測實驗。試驗結(jié)果表明渠化交通路段的車轍增長速度比混合交通路段車轍增加速度快的多。造成這種現(xiàn)象的原因主要是由于渠化交通道路同一位置處的車轍累積量大，也就導(dǎo)致車轍深度大，而混合交通時荷載作用范圍分散，路面受力面積大，所以在路面同一位置的車轍累積較小[10，11]。

2)重載。

重載車輛的重復(fù)作用是導(dǎo)致路面出現(xiàn)車轍的主要因素，根據(jù)相關(guān)研究，重載車輛產(chǎn)生的車轍深度要比輕載車輛大很多，軸重每提高1倍，車轍深度就會提高10倍～15倍之多。近年來由于各種客觀因素的影響，國內(nèi)公路運輸成本大幅提高，致使貨運司機(jī)傾向于采用超載運輸以保證利潤空間，大量超載車輛行駛在高速公路上，使路面過早的產(chǎn)生車轍病害。

3)高溫。

路面溫度升高，瀝青混合料變軟，粘結(jié)性及強(qiáng)度降低，在車輛荷載反復(fù)作用下更易發(fā)生永久變形從而形成車轍。瀝青抵抗蠕變的能力是由瀝青粘度的大小決定的。當(dāng)溫度較高時瀝青粘度變低，混合料抵抗蠕動變形的能力就會下降，在車輛反復(fù)作用下就會導(dǎo)致瀝青混合料發(fā)生流動永久變形而產(chǎn)生車轍[12]。

3 瀝青路面車轍機(jī)理分析

瀝青路面的永久變形是在高溫條件下車輛荷載反復(fù)作用下形成的，這種瀝青混合料路面高溫穩(wěn)定性降低導(dǎo)致的永久流動變形主要發(fā)生在夏季。這種變形可分為三個階段：

1)開始階段的壓密過程。瀝青混合料路面由一定級配的石料、瀝青及空氣組成的三相混合物。受到長期的車輛荷載作用下，溫度較高時，瀝青混合料流動性增強(qiáng)，瀝青路面內(nèi)的空氣更易排除從而產(chǎn)生壓密變形[13]。

2)瀝青混合料的剪切流動。高溫條件下瀝青流動性增強(qiáng)，此時瀝青混合料處于一種以粘性為主的半流動狀態(tài)，在受到車輛荷載反復(fù)作用時，混合料中的石料在瀝青的潤滑作用下產(chǎn)生流動，降低了混合料抗剪切變形能力，宏觀上表現(xiàn)為路面受車輛荷載作用處產(chǎn)生變形。

3)集料的重分布與骨架破壞。高溫下瀝青混合料處于半流動性狀態(tài)，瀝青膠漿在荷載作用下首先發(fā)生流動，導(dǎo)致骨料相互接觸，混合料中荷載的主要承擔(dān)者就成為由骨料相互接觸形成的骨架，由于瀝青處于流動狀態(tài)具有一定的潤滑功效并且都吸附于集料表面，所以瀝青混合料中較硬的集料顆粒在較大荷載作用下沿集料間接觸面產(chǎn)生滑動，瀝青及膠漿會向混合料自由面移動，當(dāng)骨架間瀝青及膠漿較多時，這一現(xiàn)象更加明顯，最終導(dǎo)致礦質(zhì)骨架失穩(wěn)產(chǎn)生較大變形[14]。

4 瀝青路面車轍處理措施

瀝青路面的正常使用性能與車轍病害有直接關(guān)聯(lián)，路面車轍會導(dǎo)致路面平順性降低，車輛荷載作用下輪胎與路面接觸處產(chǎn)生應(yīng)力集中，路面整體強(qiáng)度不夠?qū)a(chǎn)生車轍，如處理不及時，也會附帶產(chǎn)生其他道路病害以及影響路面行車舒適性，嚴(yán)重的會危及行車安全。對路面車轍的處治措施很多，以下是幾種常用的處理方式。

4.1 路面車轍銑刨重鋪

根據(jù)車轍量以及各結(jié)構(gòu)層實際狀況對路面車轍嚴(yán)重的部位進(jìn)行銑刨。銑刨完成后，處理作業(yè)面使其干凈清潔，滿足相關(guān)施工規(guī)范要求。然后噴灑乳化瀝青作為粘層，再進(jìn)行后續(xù)的施工作業(yè)。在后續(xù)瀝青混合料生產(chǎn)及施工等各個工序中，必須保證施工溫度及碾壓后壓實度要求[15]。

4.2 瀝青混合料現(xiàn)場熱再生

瀝青路面現(xiàn)場熱再生是一種完全利用舊路原材料處理車轍的一種技術(shù)，對舊瀝青路面進(jìn)行加熱軟化，然后銑刨路面，在銑刨出來的混合料中添加新料或者再生劑拌合均勻，再進(jìn)行攤鋪，碾壓成型。由于其施工速度較快已經(jīng)成為處理路面車轍的一種方法[16]。

4.3 路表微表處處理

微表處處理利用稀漿封層車，在車轍槽中攤鋪改性瀝青稀漿混合料的一種車轍修復(fù)方法，該方法可以重新加強(qiáng)原有路面的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度[17]。

5 結(jié)語

通過以上論述可以對瀝青路面的車轍類型，產(chǎn)生機(jī)理，評價方法，預(yù)防措施有較為全面的了解。雖然關(guān)于瀝青路面車轍已經(jīng)有了豐碩的研究成果。通過新材料的應(yīng)用，加之在設(shè)計階段的優(yōu)化以及施工階段的嚴(yán)格控制，可以將瀝青路面車轍控制在允許的范圍之內(nèi)。但車轍產(chǎn)生的因素眾多，地區(qū)差異性大，仍有許多工程問題未解決，關(guān)于瀝青路面車轍問題研究任重而道遠(yuǎn)。

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